WO2019220731A1 - チップ診断方法、および、レーザ加工装置 - Google Patents

チップ診断方法、および、レーザ加工装置 Download PDF

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WO2019220731A1
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chip
jig
laser processing
rotation axis
signal
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Inventor
裕也 吉田
田中　康之
嵩宙 小松
Original Assignee
パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring

Definitions

  • the present invention relates to a technique for diagnosing abnormalities such as wear and spatter adhesion on a chip at the tip of a laser processing head in a laser processing apparatus.
  • a chip at the tip of the laser processing head is used as a sensor electrode.
  • the tip gradually wears and changes its shape.
  • the shape of the chip changes due to the adhering spatter. The change in the chip shape affects the measurement by the capacitive height sensor.
  • Patent Document 1 discloses a configuration of a capacitive height sensor of a laser processing machine. In this configuration, by increasing the outer diameter of the upper part of the sensor, the spatter of the workpiece is prevented from adhering to the surface of the insulator layer.
  • Patent Document 2 discloses a configuration of a nozzle and a laser processing head that can prevent spatter and dust from adhering to a capacitive height sensor.
  • Patent Document 3 discloses a configuration of a nozzle that can prevent spatter and dust from adhering to an electrostatic capacitance type height sensor and can effectively perform cooling.
  • the state of the chip can be easily diagnosed before laser processing, for example. That is, by diagnosing in advance whether there is an abnormality such as wear or spatter adhesion with respect to the chip, the user can replace the chip with a normal chip when there is an abnormality in the chip. Thereby, the construction defect resulting from chip
  • the present invention has been made in view of this point, and an object of the present invention is to provide a method for diagnosing abnormalities such as wear and spatter adhesion on a tip at the tip of a laser processing head in a laser processing apparatus.
  • the present invention uses a jig that can rotate around the rotation axis and is provided with a conductor around a part of the rotation axis. While the jig is rotated, the electrostatic capacity is detected by a height sensor, and the presence or absence of a chip abnormality is diagnosed based on the magnitude of the variation.
  • the method for diagnosing the presence or absence of an abnormality in the tip at the tip of the laser processing head is a method in which the laser processing apparatus supplies a first voltage signal to the chip, It has a signal processing unit that receives the second voltage signal and measures the distance between the tip of the chip and the workpiece from the capacitance value detected from the second voltage signal, and can rotate around the rotation axis.
  • a jig provided with a conductor around a rotation axis is used, the laser beam emission direction coincides with the rotation axis of the jig, and the chip is positioned in the vicinity of the jig.
  • the step of moving the laser processing head, the step of measuring by the signal processing unit while the jig is rotated, and the variation in the capacitance value detected by the signal processing unit are predetermined.
  • Than threshold When large, the chip and a determining as abnormal.
  • a jig that can rotate around the rotation axis and is provided with a conductor around the rotation axis is used.
  • the signal processing unit Take measurements.
  • the shape of the chip is uniform, the capacitance value detected by the signal processing unit varies little.
  • the shape of the chip is non-uniform due to wear, spatter adhesion, etc., the capacitance value detected by the signal processing unit varies greatly as the jig rotates. For this reason, when the dispersion
  • the laser processing apparatus includes a laser processing head, a robot arm to which the laser processing head is attached and moving the laser processing head, a chip attached to the tip of the laser processing head, and a first voltage signal to the chip.
  • a signal processing unit that receives a second voltage signal from the chip and measures a distance between the tip of the chip and a workpiece from the capacitance value detected from the second voltage signal;
  • a control unit that controls the operation of the robot arm, and the control unit is rotatable about a rotation axis and uses a jig provided with a conductor around the rotation axis.
  • a diagnostic control unit that performs an abnormality diagnosis of the chip
  • the signal processing unit includes a chip abnormality determination unit that performs abnormality determination of the chip
  • the diagnosis control unit includes a laser beam emitting direction that is In the state where the laser processing head is moved to the robot arm and the jig is rotated so as to coincide with the rotation axis of the tool and the chip is positioned in the vicinity of the jig
  • the chip abnormality determination unit determines that the chip is abnormal when the variation in the capacitance value detected in a state where the jig is rotated is larger than a predetermined threshold value.
  • a jig that can rotate around the rotation axis and is provided with a conductor around the rotation axis is used.
  • the diagnostic control unit moves the laser processing head so that the laser beam emission direction coincides with the rotation axis of the jig and the chip is positioned in the vicinity of the jig, and the jig is rotated.
  • the measurement is instructed to the signal processing unit.
  • the capacitance value detected by the signal processing unit varies little.
  • the capacitance value detected by the signal processing unit varies greatly as the jig rotates. For this reason, the chip abnormality determination unit can determine that the chip is abnormal when the variation in the capacitance value is larger than a predetermined threshold value.
  • the present invention it is possible to diagnose abnormalities such as wear and spatter adhesion on the tip at the tip of the laser processing head in the laser processing apparatus.
  • a chip diagnosis method that is, a method of diagnosing the presence or absence of an abnormality in a chip at the tip of a laser processing head in a laser processing apparatus will be described.
  • FIG. 1 shows a configuration of a jig used in the chip diagnosis method according to the present embodiment.
  • a jig 1 shown in FIG. 1 includes a cylindrical member 2 formed of an insulating material and a metal 3 attached to the cylindrical member 2.
  • the insulating material forming the cylindrical member 2 is, for example, a resin or ceramic.
  • the metal 3 is, for example, iron or copper, and is attached to a part of the tubular member 2 in the circumferential direction.
  • the jig 1 is rotatable about a rotation axis A by a rotation mechanism including a motor or the like, for example.
  • the laser processing head when executing the chip diagnosis method, is set so that the laser beam emission direction coincides with the rotation axis A of the jig 1 and the chip 11 is positioned in the vicinity of the jig 1. Move. Then, in a state where the jig 1 is rotated, measurement is performed by a capacitance type height sensor described later.
  • the shape of the chip 11 when the shape of the chip 11 is uniform, the variation in the measured capacitance value is small.
  • the chip 11 is worn or spatter adheres to the chip 11, the shape of the chip 11 becomes non-uniform, and the variation in the measured capacitance value increases. Therefore, the presence or absence of abnormality of the chip 11 is diagnosed based on the magnitude of the variation in the measured capacitance value.
  • FIG. 2 shows the configuration of the laser processing apparatus according to this embodiment.
  • the laser processing apparatus includes a laser processing head 21, a robot arm 23, an optical fiber 24, a laser light source 25, and a control unit 30.
  • the laser processing apparatus also includes a supply path for assist gas supplied to the laser processing head 21.
  • the laser processing head 21 includes a capacitive height sensor 10 (hereinafter simply referred to as a height sensor 10 as appropriate) and a processing nozzle 22, and is attached to the tip of the robot arm 23.
  • the height sensor 10 includes a chip 11, a coaxial cable 12, and a signal processing unit 13, and measures the distance between the tip of the chip 11 and the workpiece.
  • the opening at the tip of the chip 11 corresponds to a laser beam emission port and an assist gas injection port. Further, by arranging the workpiece at a predetermined position, the chip 11 is electrically coupled with a capacitance corresponding to the distance from the workpiece.
  • the coaxial cable 12 electrically connects the chip 11 and the signal processing unit 13. The signal processing unit 13 will be described later.
  • the laser light source 25 is a power source (not shown), a laser resonator (not shown) that receives power supply from the power source and generates laser light, and collects the laser light and couples it to the optical fiber 24. And an optical system (not shown).
  • the optical fiber 24 receives the laser light generated by the laser resonator and condensed by the optical system, and guides it to the laser processing head 21.
  • An optical fiber 24 such as a single clad type or a double clad type is appropriately selected depending on the type of laser processing, laser light intensity, and the like. Similarly, the core diameter and clad diameter of the optical fiber 24 can be changed as appropriate.
  • the robot arm 23 has a laser processing head 21 attached to the tip, and receives a signal from the control unit 30 based on a processing program or the like, and moves the laser processing head 21 so as to draw a predetermined locus.
  • the position of the laser processing head 21 is controlled so that the distance between the tip of the chip 11 that is the tip of the laser processing head 21 and the workpiece is a predetermined distance.
  • the control unit 30 includes a robot control unit 31 that controls the operation of the robot arm 23 and a laser control unit 34 that controls the amount of light of the laser light source 25 and the like.
  • the robot control unit 31 supplies a signal for driving or stopping the joint axis of the robot arm 23 so that the tip of the robot arm 23, that is, the tip of the laser processing head 21 draws a predetermined locus, based on a machining program or the like.
  • the robot control unit 31 includes a position control unit 32, and the position control unit 32 performs laser processing so that the distance between the tip of the chip 11 and the workpiece becomes a target value based on the distance measured by the height sensor 10.
  • a signal for controlling the position of the machining head 21, specifically, the position of the robot arm 23 is supplied to the robot arm 23.
  • the laser control unit 34 controls the power supplied from the power supply, the temperature of the laser resonator, and the like so that laser light having a desired intensity is emitted.
  • the robot control unit 31 includes a diagnosis control unit 33 that performs an abnormality diagnosis of the chip 11 using the jig 1.
  • the diagnosis control unit 33 controls the operations of the robot arm 23 and the signal processing unit 13 in the height sensor 10 when executing the chip diagnosis method. Further, the diagnosis control unit 33 transmits a signal instructing rotation to a mechanism (not shown) that rotates the jig 1.
  • FIG. 3 shows a functional block configuration of the signal processing unit 13.
  • the signal processing unit 13 includes a signal generation unit 14, a signal detection unit 15, a distance calculation unit 16, and a chip abnormality determination unit 17.
  • the signal generator 14 generates a voltage signal Vo having a predetermined frequency f and amplitude, and supplies the voltage signal Vo to the chip 11 via the external terminal T and the coaxial cable 12.
  • the signal detection unit 15 has an external terminal T and detects the voltage signal Vin returned from the chip 11.
  • the signal detection unit 15 has an impedance adjustment resistor connected to the external terminal T.
  • the impedance adjusting resistor only needs to be directly connected to the path between the signal generator 14 and the external terminal T.
  • the distance calculator 16 calculates the distance between the tip of the chip 11 and the workpiece based on the voltage signal Vin detected by the signal detector 15. In the laser processing apparatus shown in FIG. 2, the position of the laser processing head 21 is controlled based on the difference between the distance calculated by the distance calculation unit 16 and the target value.
  • the chip abnormality determination unit 17 determines whether there is an abnormality in the chip 11 from the voltage signal Vin detected by the signal detection unit 15 when performing an abnormality diagnosis of the chip 11.
  • the voltage signal Vin is a modulation signal in which the voltage signal Vo supplied to the chip 11 is amplitude-modulated by a capacitance or the like electrically coupled to the external terminal T, and the amplitude
  • of the modulation signal is expressed by equation (1).
  • R is the resistance value of the impedance adjusting resistor C is the sum of the capacitance values electrically coupled to the external terminal T
  • the voltage signal Vo output from the external terminal T is amplitude-modulated by a general low-pass filter determined by the resistance value R, the capacitance value C, and the frequency f of the voltage signal Vo. Then, it is detected at the external terminal T as the modulation signal Vin.
  • the capacitance value C 0 is a value determined by the arrangement of elements in the signal processing unit 13, the wiring layout, and the like, and is substantially constant.
  • the capacitance value C 1 when the arrangement of the laser processing head 21 and the coaxial cable 12 is determined also becomes substantially constant.
  • the capacitance value CW changes according to the distance between the tip of the chip 11 and the workpiece. Therefore, the capacitance value CW can be calculated from the value of the signal Vin, and the distance between the tip of the chip 11 and the workpiece can be calculated from this value.
  • the chip abnormality determination unit 17 determines the state in which the jig 1 is rotating, whether the large variation in the electrostatic capacitance value C W calculated from the value of the signal Vin. When there is a large variation, it is determined that the chip 11 is abnormal.
  • FIG. 4 is a flowchart showing an example of the chip diagnosis method according to this embodiment.
  • the diagnosis control unit 33 moves the laser processing head 21 to the position of the jig 1 by supplying a control signal to the robot arm 23 (S11).
  • the emitting direction of the laser beam is aligned with the rotation axis A of the jig 1 and the chip 11 is positioned in the vicinity of the jig 1.
  • the diagnosis control unit 33 transmits a signal instructing rotation to the rotation mechanism of the jig 1 to rotate the jig 1. Then, a signal instructing chip diagnosis is transmitted to the signal processing unit 13.
  • the signal processing unit 13 receives a signal instructing chip diagnosis from the diagnosis control unit 33
  • the signal generation unit 14 generates the voltage signal Vo
  • the chip abnormality determination unit 17 performs determination (S12).
  • the chip abnormality determination unit 17 determines whether or not there is a large variation in the capacitance value CW calculated from the value of the signal Vin in the state where the jig 1 is rotating (S13). This determination is performed, for example, by comparing the variation of the capacitance value CW with a predetermined threshold value. When there is a large variation in the capacitance value CW , that is, when the variation in the capacitance value CW is greater than a predetermined threshold value, it is determined that the chip 11 is abnormal (S14). On the other hand, when there is no large variation in the capacitance value CW , it is determined that there is no abnormality in the chip 11 (S15). The chip abnormality determination unit 17 transmits a signal indicating the abnormality determination result to the diagnosis control unit 33.
  • the diagnosis control unit 33 When receiving the signal indicating the abnormality determination result transmitted from the chip abnormality determination unit 17, the diagnosis control unit 33 notifies the user of the abnormality determination result (S16). For example, the abnormality determination result is displayed on a monitor arranged in the laser processing apparatus. When it is determined that the chip 11 is abnormal, the user replaces the chip 11 with a normal chip.
  • the jig 1 that can rotate around the rotation axis A and is provided with the conductor 3 around the rotation axis A is used.
  • the signal processing unit 13 performs measurement.
  • the capacitance value detected by the signal processing unit 13 has little variation.
  • the capacitance value detected by the signal processing unit 13 varies greatly as the jig rotates. For this reason, when the dispersion
  • the configuration of the jig 1 is not limited to that shown in the embodiment.
  • another type of conductor may be attached to the cylindrical member 2.
  • the signal processing unit 13 of the height sensor 10 may be incorporated in the control unit 30 of the laser processing apparatus.
  • the tip at the tip of the laser processing head in the laser processing apparatus can diagnose abnormalities such as wear and spatter adhesion, which is useful in preventing construction defects.

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Abstract

レーザ加工装置におけるレーザ加工ヘッドの先端にあるチップについて、摩耗やスパッタ付着等の異常を診断する方法を提供する。回転軸（Ａ）を中心に回転可能であり、回転軸（Ａ）周りの一部に導電体（３）が設けられた治具（１）を用いる。レーザ光の出射方向が治具（１）の回転軸（Ａ）と一致し、チップ（１１）が治具（１）の近傍に位置するように、レーザ加工ヘッド（２１）を移動させる。治具（１）を回転させた状態で、信号処理部（１３）が計測を行う。検出した静電容量値のばらつきが所定閾値よりも大きいとき、チップ（１１）は異常であると判定する。

Description

チップ診断方法、および、レーザ加工装置
　本発明は、レーザ加工装置におけるレーザ加工ヘッドの先端にあるチップについて、摩耗やスパッタ付着等の異常を診断する技術に関する。
　レーザ加工装置を用いて被加工物の切断加工等を行う場合、レーザ光の焦点を被加工物の表面あるいはその近傍に合わせることが加工品質を維持する上で重要である。このため、ロボットアーム等に設けられたレーザ加工ノズルの先端と被加工物との距離を所望の値に保つ必要があり、この距離計測のために静電容量式ハイトセンサが一般に用いられる。
　静電容量式ハイトセンサでは、レーザ加工ヘッドの先端にあるチップがセンサ電極として用いられる。ところが、レーザ加工を繰り返していくと、チップは徐々に摩耗し、形状が変化する。また、加工中に発生したスパッタがチップに付着すると、付着したスパッタによりチップの形状が変化する。チップ形状の変化は、静電容量式ハイトセンサによる計測に影響を及ぼす。
　特許文献１には、レーザ加工機の静電容量式ハイトセンサの構成が開示されている。この構成では、センサの上部の外径を大きくすることによって、被加工物のスパッタなどが絶縁体層の表面に付着することを抑制している。特許文献２には、静電容量式ハイトセンサにおいて、スパッタや粉塵の付着を防止できるノズル及びレーザ加工ヘッドの構成が開示されている。特許文献３には、静電容量式ハイトセンサにおいて、スパッタや粉塵等の付着を防止できるとともに、冷却を効果的に行うことができるノズルの構成が開示されている。
特開平１０－３２３７８４号公報 特開２０１４－１３６２１８号公報 特開２０１４－１３６２３３号公報
　静電容量式ハイトセンサによる計測を精度良く行うためには、例えばレーザ加工の前に、チップの状態を簡易に診断できることが望ましい。すなわち、チップについて、摩耗やスパッタ付着等の異常がないかを事前に診断することによって、ユーザは、チップに異常があるとき、そのチップを正常なチップに交換することができる。これにより、チップ異常に起因した施工不良を未然に防止することができる。
　本発明はかかる点に鑑みなされたもので、その目的は、レーザ加工装置におけるレーザ加工ヘッドの先端にあるチップについて、摩耗やスパッタ付着等の異常を診断する方法を提供することにある。
　上記目的を達成するために、本発明では、回転軸を中心に回転可能であり、回転軸周りの一部に導電体が設けられた治具を用いる。治具を回転させた状態で、ハイトセンサによって静電容量を検出し、そのばらつきの大小に基づいて、チップの異常の有無を診断する。
　具体的には、レーザ加工装置において、レーザ加工ヘッドの先端にあるチップにおける異常の有無を診断する方法は、前記レーザ加工装置は、前記チップに第１電圧信号を供給するとともに、前記チップからの第２電圧信号を受け、前記第２電圧信号から検出した静電容量値から、前記チップの先端と被加工物との距離を計測する信号処理部を備えており、回転軸を中心に回転可能であり、回転軸周りの一部に導電体が設けられた治具を用い、レーザ光の出射方向が前記治具の回転軸と一致し、かつ、前記チップが前記治具の近傍に位置するように、前記レーザ加工ヘッドを移動させるステップと、前記治具を回転させた状態で、前記信号処理部が計測を行うステップと、前記信号処理部が検出した静電容量値のばらつきが、所定閾値よりも大きいとき、前記チップは異常であると判定するステップとを備える。
　この構成によれば、回転軸を中心に回転可能であり、回転軸周りの一部に導電体が設けられた治具を用いる。レーザ光の出射方向が治具の回転軸と一致し、かつ、チップが治具の近傍に位置するように、レーザ加工ヘッドを移動させて、治具を回転させた状態で、信号処理部が計測を行う。チップの形状が均一であるときは、信号処理部が検出した静電容量値はばらつきが小さい。一方、摩耗やスパッタ付着等によってチップの形状が不均一になっているときは、信号処理部が検出した静電容量値は、治具の回転に伴い、ばらつきが大きくなる。このため、静電容量値のばらつきが所定閾値よりも大きいとき、チップは異常であると判定することができる。
　また、レーザ加工装置は、レーザ加工ヘッドと、前記レーザ加工ヘッドが取り付けられ、前記レーザ加工ヘッドを移動させるロボットアームと、レーザ加工ヘッドの先端に取り付けられたチップと、前記チップに第１電圧信号を供給するとともに、前記チップからの第２電圧信号を受け、前記第２電圧信号から検出した静電容量値から、前記チップの先端と被加工物との距離を計測する信号処理部と、前記ロボットアームの動作を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、回転軸を中心に回転可能であり、回転軸周りの一部に導電体が設けられた治具を用いた、前記チップの異常診断を実行する診断制御部を備え、前記信号処理部は、前記チップの異常判定を行うチップ異常判定部を備え、前記診断制御部は、レーザ光の出射方向が前記治具の回転軸と一致し、かつ、前記チップが前記治具の近傍に位置するように、前記ロボットアームに前記レーザ加工ヘッドを移動させ、前記治具を回転させた状態で、前記信号処理部に計測を指示し、前記チップ異常判定部は、前記治具を回転させた状態で検出した静電容量値のばらつきが、所定閾値よりも大きいとき、前記チップは異常であると判定する。
　この構成によれば、回転軸を中心に回転可能であり、回転軸周りの一部に導電体が設けられた治具を用いる。診断制御部は、レーザ光の出射方向が治具の回転軸と一致し、かつ、チップが治具の近傍に位置するように、レーザ加工ヘッドを移動させて、治具を回転させた状態で、信号処理部に計測を指示する。チップの形状が均一であるときは、信号処理部が検出する静電容量値はばらつきが小さい。一方、摩耗やスパッタ付着等によってチップの形状が不均一になっているときは、信号処理部が検出する静電容量値は、治具の回転に伴い、ばらつきが大きくなる。このため、チップ異常判定部は、静電容量値のばらつきが所定閾値よりも大きいとき、チップは異常であると判定することができる。
　本発明によれば、レーザ加工装置におけるレーザ加工ヘッドの先端にあるチップについて、摩耗やスパッタ付着等の異常を診断することができる。
実施形態で用いる治具の構成 実施形態に係るレーザ加工装置の構成 実施形態における信号処理部の機能構成 実施形態におけるチップ診断方法の流れを示すフローチャート
　以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものでは全くない。
　本実施形態では、チップ診断方法、すなわち、レーザ加工装置において、レーザ加工ヘッドの先端にあるチップにおける異常の有無を診断する方法について、説明する。
　図１は本実施形態に係るチップ診断方法で用いる治具の構成を示す。図１に示す治具１は、絶縁材によって形成された筒状部材２と、筒状部材２に貼り付けられた金属３とを備えている。筒状部材２を形成する絶縁材は、例えば、樹脂やセラミックス等である。金属３は、例えば鉄または銅であり、筒状部材２の周方向における一部に貼り付けられている。治具１は、回転軸Ａを中心にして、例えばモータ等を含む回転機構によって、回転可能になっている。
　本実施形態では、チップ診断方法を実行するとき、レーザ光の出射方向が治具１の回転軸Ａと一致し、かつ、チップ１１が治具１の近傍に位置するように、レーザ加工ヘッドを移動させる。そして、治具１を回転させた状態で、後述する静電容量方式ハイトセンサによって計測を行う。ここで、チップ１１の形状が均一であるときは、計測される静電容量値のばらつきは小さい。一方、チップ１１が摩耗していたり、スパッタがチップ１１に付着していたりすると、チップ１１の形状が不均一になるため、計測される静電容量値のばらつきは大きくなる。そこで、計測される静電容量値のばらつきの大小に基づいて、チップ１１の異常の有無を診断する。
　図２は本実施形態に係るレーザ加工装置の構成を示す。図２に示すように、レーザ加工装置は、レーザ加工ヘッド２１と、ロボットアーム２３と、光ファイバ２４と、レーザ光源２５と、制御部３０とを備えている。なお、説明の便宜上、上記の構成部品以外の種々の部品等については図示及びその説明を省略する。また、図示しないが、レーザ加工装置は、レーザ加工ヘッド２１に供給されるアシストガスの供給経路も備えている。
　レーザ加工ヘッド２１は、静電容量式ハイトセンサ１０（以下、適宜、単にハイトセンサ１０という）と、加工ノズル２２とを備えており、ロボットアーム２３の先端に取り付けられている。ハイトセンサ１０は、チップ１１と、同軸ケーブル１２と、信号処理部１３とを備えており、チップ１１の先端と被加工物との距離を計測する。チップ１１の先端の開口部は、レーザ光の出射口及びアシストガスの噴射口にあたる。また、被加工物を所定の位置に配置することによって、チップ１１には、被加工物との距離に応じた静電容量が電気的に結合される。同軸ケーブル１２は、チップ１１と信号処理部１３との間を電気的に接続する。信号処理部１３については、後述する。
　レーザ光源２５は、電源（図示せず）と、電源からの電力供給を受けてレーザ光を発生するレーザ共振器（図示せず）と、当該レーザ光を集光し、光ファイバ２４に結合させるための光学系（図示せず）とを有している。
　光ファイバ２４は、レーザ共振器で発生し光学系で集光されたレーザ光を受け取り、レーザ加工ヘッド２１に導波する。レーザ加工の種類やレーザ光強度等によってシングルクラッドタイプやダブルクラッドタイプ等の光ファイバ２４が適宜選択される。同様に光ファイバ２４のコア径やクラッド径も適宜変更しうる。
　ロボットアーム２３は、先端にレーザ加工ヘッド２１が取り付けられており、加工プログラム等に基づく制御部３０からの信号を受けて、所定の軌跡を描くようにレーザ加工ヘッド２１を移動させる。また、レーザ加工の際には、レーザ加工ヘッド２１の先端であるチップ１１の先端と被加工物との距離が所定の距離となるように、レーザ加工ヘッド２１の位置を制御する。
　制御部３０は、ロボットアーム２３の動作を制御するロボット制御部３１と、レーザ光源２５の光量等を制御するレーザ制御部３４とを有している。
　ロボット制御部３１は、加工プログラム等に基づいて、ロボットアーム２３の先端、つまりレーザ加工ヘッド２１の先端が所定の軌跡を描くように、ロボットアーム２３の関節軸を駆動または停止させる信号を供給する。また、ロボット制御部３１は位置制御部３２を有し、位置制御部３２は、ハイトセンサ１０で計測された距離に基づいてチップ１１の先端と被加工物との距離が目標値になるようレーザ加工ヘッド２１の位置、具体的にはロボットアーム２３の位置を制御する信号をロボットアーム２３に供給する。
　レーザ制御部３４は、所望の強度のレーザ光が出射されるように、電源から供給される電力やレーザ共振器の温度等を制御している。
　また、本実施形態では、ロボット制御部３１は、治具１を用いてチップ１１の異常診断を実行する診断制御部３３を備える。診断制御部３３は、チップ診断方法を実行する際に、ロボットアーム２３、およびハイトセンサ１０における信号処理部１３の動作を制御する。また、診断制御部３３は、治具１を回転させる機構（図示せず）に対して、回転を指示する信号を送信する。
　図３は信号処理部１３の機能ブロック構成を示す。信号処理部１３は、信号発生部１４と、信号検出部１５と、距離算出部１６と、チップ異常判定部１７とを備える。
　信号発生部１４は、所定の周波数ｆと振幅とを有する電圧信号Ｖｏを発生し、外部端子Ｔ及び同軸ケーブル１２を介してチップ１１に電圧信号Ｖｏを供給する。
　信号検出部１５は外部端子Ｔを有し、チップ１１から戻ってきた電圧信号Ｖｉｎを検出する。また、信号検出部１５は外部端子Ｔに接続されたインピーダンス調整用抵抗を有している。インピーダンス調整用抵抗は、信号発生部１４と外部端子Ｔとの間の経路に直接に接続されていればよい。
　距離算出部１６は信号検出部１５で検出された電圧信号Ｖｉｎに基づき、チップ１１の先端と被加工物との距離を算出する。図２に示すレーザ加工装置では、距離算出部１６で算出された距離と目標値との差異に基づき、レーザ加工ヘッド２１の位置を制御している。
　チップ異常判定部１７は、チップ１１の異常診断を行う場合において、信号検出部１５で検出された電圧信号Ｖｉｎから、チップ１１の異常の有無を判定する。
　ここで、電圧信号Ｖｉｎは、チップ１１に供給された電圧信号Ｖｏが、外部端子Ｔに電気的に結合された静電容量等によって振幅変調された変調信号であり、電圧信号の振幅｜Ｖｏ｜と変調信号の振幅｜Ｖｉｎ｜との関係は式（１）で表わされる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 　ここで、
　Ｒはインピーダンス調整用抵抗の抵抗値
　Ｃは外部端子Ｔに電気的に結合された静電容量値の総和
　ωは電圧信号Ｖｏの角周波数であり、ω＝２πｆである。
　式（１）から明らかなように、外部端子Ｔから出力された電圧信号Ｖｏは、抵抗値Ｒと静電容量値Ｃ及び電圧信号Ｖｏの周波数ｆによって定まる、一般的なローパスフィルタによって振幅変調を受け、変調信号Ｖｉｎとして外部端子Ｔで検出される。
　また、静電容量値Ｃは図３に示すＣ０、Ｃ１、ＣＷを用いて式（２）で表わされる。
　Ｃ＝Ｃ０＋Ｃ１＋ＣＷ・・・（２）
　ここで、
　Ｃ０は信号処理部１３内で外部端子Ｔに電気的に結合された静電容量値
　Ｃ１は同軸ケーブル１２の浮遊容量値
　ＣＷはチップ１１の先端と被加工物との間の静電容量値
　である。
　静電容量値Ｃ０は、信号処理部１３内の素子の配置や配線レイアウト等によって定まる値であり、ほぼ一定である。同様に、レーザ加工ヘッド２１や同軸ケーブル１２の配置が定まると静電容量値Ｃ１もほぼ一定となる。一方、静電容量値ＣＷは、チップ１１の先端と被加工物との距離に応じて変化する。よって、信号Ｖｉｎの値から静電容量値ＣＷを算出することができ、この値からチップ１１の先端と被加工物との距離を算出することができる。
　また、チップ異常判定部１７は、治具１が回転している状態において、信号Ｖｉｎの値から算出した静電容量値ＣＷに大きなばらつきがあるか否かを判定する。大きなばらつきがあるときは、チップ１１に異常があると判定する。
　図４は本実施形態に係るチップ診断方法の一例を示すフローチャートである。チップ診断方法が開始されると、まず、診断制御部３３は、ロボットアーム２３に制御信号を供給することによって、レーザ加工ヘッド２１を治具１の位置へ移動させる（Ｓ１１）。このとき、レーザ光の出射方向が治具１の回転軸Ａと一致し、かつ、チップ１１が治具１の近傍に位置するようにする。
　そして、診断制御部３３は、治具１の回転機構に対して回転を指示する信号を送信し、治具１を回転させる。そして信号処理部１３に対して、チップ診断を指示する信号を送信する。信号処理部１３は、診断制御部３３からチップ診断を指示する信号を受信すると、信号発生部１４が電圧信号Ｖｏを発生し、チップ異常判定部１７が判定を行う（Ｓ１２）。
　チップ異常判定部１７は、治具１が回転している状態において、信号Ｖｉｎの値から算出した静電容量値ＣＷに大きなばらつきがあるか否かを判定する（Ｓ１３）。この判定は、例えば、静電容量値ＣＷのばらつきを所定閾値と比較することによって行う。静電容量値ＣＷに大きなばらつきがあるとき、すなわち、静電容量値ＣＷのばらつきが所定閾値よりも大きいときは、チップ１１に異常があると判定する（Ｓ１４）。一方、静電容量値ＣＷに大きなばらつきがないときは、チップ１１に異常はないと判定する（Ｓ１５）。チップ異常判定部１７は、異常判定結果を示す信号を診断制御部３３に送信する。
　診断制御部３３は、チップ異常判定部１７から送信された異常判定結果を示す信号を受信すると、その異常判定結果をユーザに通知する（Ｓ１６）。例えば、レーザ加工装置に配置されているモニタに、異常判定結果を表示する。ユーザは、チップ１１に異常があると判定された場合は、チップ１１を正常なチップと交換する。
　以上のように本実施形態によると、チップ１１の異常診断において、回転軸Ａを中心に回転可能であり、回転軸Ａ周りの一部に導電体３が設けられた治具１を用いる。レーザ光の出射方向が治具１の回転軸Ａと一致し、かつ、チップ１１が治具１の近傍に位置するように、レーザ加工ヘッド２１を移動させて、治具１を回転させた状態で、信号処理部１３が計測を行う。チップの形状が均一であるときは、信号処理部１３が検出した静電容量値はばらつきが小さい。一方、摩耗やスパッタ付着等によってチップの形状が不均一になっているときは、信号処理部１３が検出した静電容量値は、治具の回転に伴い、ばらつきが大きくなる。このため、静電容量値のばらつきが所定閾値よりも大きいとき、チップは異常であると判定することができる。
　なお、治具１の構成は、実施形態で示したものに限られない。例えば、金属３の代わりに、他の種類の導電体を筒状部材２に貼り付けた構成としてもよい。あるいは、筒状部材２を用いずに、円盤状の部材を用いて、その周縁の一部に金属片を立てた構成としてもかまわない。
　また、ハイトセンサ１０の信号処理部１３は、レーザ加工装置の制御部３０に組み込まれていてもよい。
　本発明では、レーザ加工装置におけるレーザ加工ヘッドの先端にあるチップについて、摩耗やスパッタ付着等の異常を診断することができるので、施工不良を未然に防止する上で有用である。
１　治具
３　導電体
１１　チップ
１３　信号処理部
１７　チップ異常判定部
２１　レーザ加工ヘッド
２３　ロボットアーム
３０　制御部
３３　診断制御部

Claims (2)

  1. 　レーザ加工装置において、レーザ加工ヘッドの先端にあるチップにおける異常の有無を診断する方法であって、
    　前記レーザ加工装置は、前記チップに第１電圧信号を供給するとともに、前記チップからの第２電圧信号を受け、前記第２電圧信号から検出した静電容量値から、前記チップの先端と被加工物との距離を計測する信号処理部を備えており、
    　回転軸を中心に回転可能であり、回転軸周りの一部に導電体が設けられた治具を用い、
    　レーザ光の出射方向が前記治具の回転軸と一致し、かつ、前記チップが前記治具の近傍に位置するように、前記レーザ加工ヘッドを移動させるステップと、
    　前記治具を回転させた状態で、前記信号処理部が計測を行うステップと、
    　前記信号処理部が検出した静電容量値のばらつきが、所定閾値よりも大きいとき、前記チップは異常であると判定するステップとを備える
    ことを特徴とするチップ診断方法。
  2. 　レーザ加工ヘッドと、
    　前記レーザ加工ヘッドが取り付けられ、前記レーザ加工ヘッドを移動させるロボットアームと、
    　レーザ加工ヘッドの先端に取り付けられたチップと、
    　前記チップに第１電圧信号を供給するとともに、前記チップからの第２電圧信号を受け、前記第２電圧信号から検出した静電容量値から、前記チップの先端と被加工物との距離を計測する信号処理部と、
    　前記ロボットアームの動作を制御する制御部と、を備え、
    　前記制御部は、回転軸を中心に回転可能であり、回転軸周りの一部に導電体が設けられた治具を用いた、前記チップの異常診断を実行する診断制御部を備え、
    　前記信号処理部は、前記チップの異常判定を行うチップ異常判定部を備え、
    　前記診断制御部は、
    　レーザ光の出射方向が前記治具の回転軸と一致し、かつ、前記チップが前記治具の近傍に位置するように、前記ロボットアームに前記レーザ加工ヘッドを移動させ、
    　前記治具を回転させた状態で、前記信号処理部に計測を指示し、
    　前記チップ異常判定部は、
    　前記治具を回転させた状態で検出した静電容量値のばらつきが、所定閾値よりも大きいとき、前記チップは異常であると判定する
    ことを特徴とするレーザ加工装置。
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